Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ INFRA RED SPECTROMETRY IR Αρχή Η απορρόφηση υπερύθρου ακτινοβολίας προκαλεί στα μόρια της ουσίας διεγέρσεις σε υψηλότερες στάθμες.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ INFRA RED SPECTROMETRY IR Αρχή Η απορρόφηση υπερύθρου ακτινοβολίας προκαλεί στα μόρια της ουσίας διεγέρσεις σε υψηλότερες στάθμες."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ INFRA RED SPECTROMETRY IR Αρχή Η απορρόφηση υπερύθρου ακτινοβολίας προκαλεί στα μόρια της ουσίας διεγέρσεις σε υψηλότερες στάθμες δόνησης ή περιστροφής

2 ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ INFRA RED SPECTROMETRY IR Αρχή Ερμηνεία φάσματος Οργανολογία Ποιοτική και ποσοτική ανάλυση Εφαρμογές Ειδικές τεχνικές

3 Φάσμα ΙR %T Wavenumber[cm-1]

4 Ορατό φάσμα (10 -6 ) Υπέρυθρο (10 -5 ) Μικροκύματα (10 -2 ) Ραδιοκύματα (10 3 ) Υπεριώδες (10 -8 ) Ακτίνες X ( ) Ακτίνες γ ( ) Μήκος Κύματος (σε m) Φασματομετρικές Τεχνικές FT-IRUV-VISXRDNMRMössbauer Φάσμα Ηλεκτρομαγνητικής Ακτινοβολίας & Φασματομετρικές Τεχνικές

5 Υπέρυθρη Ακτινοβολία Χωρίζεται σε τρεις περιοχές: Εγγύς IR – cm -1 Μέσο IR4.000 – 400 cm -1 [2.5-25μ] Άπω IR 400 – 10 cm -1 Η ακτινοβολία του Μέσου IR χρησιμοποιείται στη φασματομετρία Υπερύθρου!

6 Αλληλεπίδραση Υπέρυθρης Ακτινοβολίας με την Ύλη Υπέρυθρη Ακτινοβολία Δονήσεις Τάσης Δονήσεις Κάμψης Δονήσεις Έκτασης Δονήσεις Περιστροφής Βασική Προϋπόθεση: Η ύπαρξη Διπολικής Ροπής!

7 Ενεργειακές στάθμες μορίου Οι επιτρεπτές μεταπτώσεις δόνησης είναι καθορισμένες Ε= (υ +1/2 ) h ν υ= 0,1,2.. κβαντικός αριθμός δόνησης

8 Προέλευση απορροφήσεων στο IR Αλληλοεπίδραση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με το ηλεκτρικό δίπολο ενός ασύμμετρου δεσμού Ενεργά υπέρυθρες ενώσεις (ΙR-active) Μόρια με μόνιμη διπολική ροπή (CO, HCl, NO) ή μόρια των οποίων η διπολική ροπή αλλάζει κατά την διάρκεια της περιστροφικής και δονητικής διαδικασίας

9 Μηχανικό ανάλογο O2, H2, N2, and Cl2Infrared inactive Η υπέρυθρη ακτινοβολία και ένα μόριο αλληλοεπδρούν τότε μόνον όταν η διπολική ροπή του μορίου αλλάζει κατά την διάρκεια της δόνησης Mοριακές δονήσεις διατομικών μορίων : HCI, COInfrared active

10 Απλοποιημένο μοντέλο για τις αλλαγές στις δονητικές καταστάσεις:αρμονικός ταλαντωτής Η απορρόφηση της ακτινοβολίας προκαλεί αύξηση των δονήσεων των μορίων τα άτομα των οποίων είναι συνδεδεμένα με δεσμούς παρόμοιος με ελατήρια

11 ν =ν = 2πc2πc 1 mm ’ f(m+m ’ ) f : σταθερά δύναμης δεσμού m και m’ : ατομικές μάζες ν προσδιορ. από τις μάζες m, m ’ Συχνότητα δόνησης διατομικού μορίου

12 Απλοποιημένο μοντέλο Πρόβλεψη των συχνοτήτων δόνησης για τα απλά μόρια ν= 1/2π μ=(m 1 *m 2 )/(m 1 +m 2 ) Ε vib =1/2 kx o 2 Ε vib =hν( υ +1/2) Ε O =hν/2

13 Πραγματικό μοντέλο για τις αλληλοεπιδράσεις δόνησης

14 Δονήσεις τάσης/κάμψης

15 Δονήσεις σε πολυατομικά μόρια Δονήσεις τάσης ν (stretching vibrations) συμμετρικές και ασύμμετρες Δονήσεις κάμψης δ (bending vibrations) Δονήσεις ψαλιδιού (scissoring vibrations) Δονήσεις σείσης (wagging vibrations) Δονήσεις αιώρησης (rocking vibrations) Δονήσεις συστροφής (twisting vibrations) Περιστροφές Οι ενεργειακές διαφορές στις στάθμες περιστροφής είναι πολύ μικρές και οδηγούν σε φαρδιές ζώνες απορρόφησης

16 Α: συμμετρική δόνηση τάσης/ανενεργή Β: ασύμμετρη δόνηση τάσης/ενεργή, 2349 cm -1 / 4,6μ C, D: κάμψεις στο επίπεδο/εκτός επιπέδου, 667 cm -1, 15 μ Δονήσεις CO2

17 Κανονικές συχνότητες τριατομικών μορίων (H2O) H2O: μη γραμμικό μόριο (1) Συμμετρικές δονήσεις τάσης O (2) Ασύμμετρες δονήσεις τάσης 3652cm -1 (3) Δονήσεις κάμψης 3756cm -1 HH O HH O HH 1595cm -1

18 H H H H O C=O ταση Acetaldehyde H H H-C-C = O H - - - καμψη C-H ταση C CH3 καμψη Μοριακές δονήσεις πολυατομικών μορίων C

19 Ερμηνεία φάσματος Skeletal vibration of benzene rings C-H out-of-plane deformation vibration Harmonics and combination tones of an out-of-plane deformation vibration C-H stretching vibration of a benzene ring %T Polystyrene Polyethylene C-H stretching vibration Methylene scissoring vibration Methylene rocking vibration %T Wavenumber[cm-1]

20 Δονήσεις τάσης/κάμψης Φάσματικές περιοχές IR περιοχή χαρακτηριστικών ομάδων cm -1 περιοχή αποτύπωσης cm -1 δακτυλικό αποτύπωμα (fingerprint) του μορίου

21 Τυπικό φάσμα n-αλκανίων 2890 cm -1 : τάσ η C-H 1500 cm -1 : κάμψη CH cm -1 : CH2 σείση μεθυλενομάδας 720 cm -1 : αιώρηση cm -1 : fingerprint

22 Φάσματα IR βενζολίου και παραγώγων

23 IR-τολουολίου

24 Φάσμα στο Near-Infrared ◎ Αρμονικές των κανονικών συχνοτήτων Κυρίως O-H, N-H, C-H Ασθενέίς απορροφήσεις ◎ Πολύπλοκο φάσμα ◎ Εφαρμογές Μη καταστροφικές αναλύσεις στη βιομηχανία τροφίμων

25 Φάσμα στο Far-Infrared ◎ Αρχή ・ Δονήσεις βαρέων ατόμων και ασθενών δεσμών π.χ. Cu, Zn, I - Σύμπλοκα ・ Περιστροφή

26 Σύνοψη 4,000 to 400 cm-1 –Δίνει πληροφορίες για μοριακές δονήσεις και περιστροφή > 4,000 cm-1 Αρμονικές των κανονικών συχνοτήτων Μπορούν να μετρηθούν δείγματα με υγρασία αναλύσεις στη βιομηχανία τροφίμων < 400 cm-1 Πληροφορίες για μοριακές περιστροφές Μεταλλικές ενώσεις, οξείδια μετάλλων, οργανικά και ανόργανα σύμπλοκα

27 Οργανολογία

28 Τύποι IR φασματομέτρων Οργανα διασποράς μ.κ. (dispersive spectrometers) Μη διασπείροντα IR (non-dispersive spectrometers) FT-IR (ταυτόγχρονη ανάλυση με συμβολομετρία)

29 Οργανολογία IR 3 είδη Φασματομέτρων Συμβατικά Φασματόμετρα με μονοχρωμάτωρα. Φασματόμετρα FT-IR. Φασματόμετρα IR για ειδικού τύπου αναλύσεις. 2 Τεχνικές Διάχυτης Ανάκλασης Ολικής Εξασθενημένης Ανάκλασης (ATR).

30 Συμβατικό Φασματόμετρο IR Πηγή Δείγμα Αναφορά Κυκλικός Καθρέπτης (Chopper) Μονοχρωμάτορας ΑνιχνευτήςΕνισχυτήςΚαταγραφικό

31 Αναφορά Δείγμα Κυκλικός Καθρέπτης

32 Φασματόμετρο FTIR Πηγή Λευκού Φωτός Συμβολόμετρο Δείγμα Ανιχνευτής Ενισχυτής Η/Υ

33 ΙR σταθερού μήκους κύματος (Non dispersive ΙR) S:πηγή, F:φίλτρο, C: δείγμα, R: κελί αναφοράς, με ίδια ουσία γνωστής συγκέντρωσης, Α: άζωτο, D: ανιχνευτής Εφαρμογές στη μέτρηση αερίων ρυπαντών

34 Φορητό IR για την αναλυση αλκοολ στην αναπνοη

35 Φορητό IR για την αναλυση αλκοολ στην αναπνοη -Το φασμα της αιθανολης ειναι διαφορετικο απο της ακετονης- κυριο συστατικο της αναπνοης

36 FT-IR

37 Συμβολόμετρο

38 Δείγμα Ανιχνευ τής Ηλεκτρικό κύκλωμα Η/Υ Aπορρόφηση ( Συμβολόγραμμα ) Οπτικό σήμα ↓ Ηλεκτρικ. σήμα Σήμα δείγματος Aναλογικό σήμα ↓ Ψηφιακό σήμα Μετασχηματ ισμός ↓ Φάσμα IR Φασματόμετρο

39 Interferometer He-Ne gas laser Σταθερός καθρέπτης Κινού μενος καθρέ πτης Δείγμα Light source (ceramic) Ανιχνευτής (DLATGS) Διαχωριστής δέσμης (Ge / KBr) Διάγραμμα οπτικού συστήματος FT

40 Movable mirror -2 λ - λ 0 λ 2 λ Fixed mirror B Movable mirror Fixed mirror A Movable mirror Ιδια φάση Αντίθετη φάση wave shape Η μορφή του συμβολογράμματος εξαρτάται από την διαφορά στην απόσταση της οπτικής διαδρομής (optical- path ) Continuous phase shift -2 λ - λ 0 λ 2 λ Optical-path difference [x] Signal strength I (X) Συμβολή ακτίνων

41 ΣI β(ν) Wavenumber ν ΣAZΣAZ AZAZ (a) Monochromatic light (b) Dichroic light (c) Continuous spectrum light Light source spectrum Wavenumber ν Signal output from interference wave Time t I(t) I Η συμβολή είναι η υπέρθεση σχημάτων

42 Συμβολόγραμμα (Ιnterferogram) I =f(δ) με μαθηματικό μετασχηματισμό Fourier I =f(λ)

43 SB Fourier transform Optical path difference [x] * Ο αξονας του χρόνου με τον FT => Κυματαριθμό (Wavenumber) (Interferogram) (Single beam spectrum) Wavenumber[c m -1 ] Μετασχηματισμός Fourier Single strength

44 Πηγή Background Δείγμα (B) (S) Φάσμα (Transmission spectrum (S) / (B) SB Wavenumber[cm -1 ] SB Wavenumber[c m -1 ] %T Wavenumber[cm -1 ] Διαδικασία για την απόκτηση φάσματος FT-IR ( Interferomete ) r Συμβολόμετρο Μέτρηση:΅συμβολόγραμμα Μετασχηματισμός Fourier

45 FT-IR φιλμ πολυστερενίου

46 Χαρακτηριστικά συμβατικών IR Mικρή ακρίβεια (5-10%) Δυσκολία προσδιορισμού Τ 100% Μικρά ε Αντικατάσταση από όργανα FT-IR

47 Πλεονεκτήματα FT-IR Μεγάλη ταχύτητα (λήψη φάσματος 1s/15 min ) Μεγάλη ευαισθησία (μείωση του θορύβου του ανιχνευτή) Μηχανική απλούστευση Εσωτερική βαθμονόμηση Μικρή ποσότητα δείγματος/ 10 ppb /

48 Πηγές υπέρυθρης ακτινοβολίας λυχνία Globar (καρβίδιο πυριτίου) η οποία εκπέμπει συνεχές φάσμα σε μήκη κύματος από 1μm έως 40μm λυχνία Nernst (μίγμα οξειδίων Zr και Y), η οποία εκπέμπει σε μήκη κύματος από 0.4μm έως 20μm.

49 Ανιχνευτές Εγγύς Υπερύθρου Η αρχή λειτουργίας των ανιχνευτών εγγύς υπερύθρου είναι ίδια με αυτή των ανιχνευτών UV-VIS. Οι ανιχνευτές υπερύθρου είναι φωτοβολταικά τόξα :Photon Detectors Ανιχνευτές Μέσου και Άπω Υπερύθρου Η αρχή λειτουργίας των ανιχνευτών μέσου και άπω υπερύθρου βασίζεται στο ότι η ενέργεια των φωτονίων της IR περιοχής είναι ικανή να προκαλέσει έκλυση μετρήσιμης ποσότητας θερμότητας. Τα είδη των ανιχνευτών μέσου και άπω υπερύθρου είναι: 1.Θερμοζεύγη 2.Θερμόμετρα αντίστασης 3.Αέρια θερμόμετρα 4.Πυροηλεκτρικοί ανιχνευτές 5.Φωτοαγωγιμοι ανιχνευτές

50 Ανιχνευτές TGS:Triglycerine sulphate/πυροηλεκτρικός MCT: Mercury, Cadmium, Tellurium/φωτοαγωγιμος Ανιχνευτές FT-IR

51 Χειρισμός δείγματος στην υπέρυθρη φασματομετρία στερεά δείγματα 1.μέθοδο IR με λεπτά διαμορφωμένα φιλμ 2. παστίλιες KBr ( αναμιξη 1mg δείγματος με 100mg KBr/λειοτρίβηση/ διαμόφωση σε παστίλια) 3. Αιώρημα σε παραφινέλαιο (Nujol) 4. Διάλυση σε διαλύτη με “φτωχό φάσμα”, χλωροφόρμιο, διθειάνθρακα, φθοριωμένους υδρογονάνθρακες υγρά ή τήγματα υμένια διαφόρου πάχους αέρια σε κυψελίδες μεγάλου εύρους IR χλωροφορμίου

52 Kυψελίδες IR για υγρά και αέρια οι κυψελίδες IR μπορεί να αποτελούνται από NaCL, KBr, CaF 2 Στις κυψελίδες του IR πρέπει να δίνεται προσοχή στον καθαρισμό

53 Ποσοτική ανάλυση Θέση ζώνης πλάτος ημιζώνης ένταση (ε) / s:ισχυρή, m:μέτρια, w:ασθενής εμβαδόν

54 Ποσοτική ανάλυση ◎ Aπορρόφηση : ABS = log ( 1 / T ) = log (I 0 /I) = ε×d× c * Ο αξονας των ψ αναλογικός της συγκέντρωσης I0I0 I d I Μετρηση διαπερατότητας I %T Μέτρηση της απορρόφησης 0 ABS 0 ◎ Διαπερατότητα : %T =(I/I 0 ) ×100 Sample Detector Light source Interferometer

55 Ποσοτική ανάλυση P A1 P S1 P A2 P S2 acrylonitrile 2240cm-1: C  N styrene 1,602 cm-1 Benzene rings C=C [ Sample 1 ] [ Sample 2 ] Σύγκριση αναλογίας συστατικών σε ρητίνη ABS (acrylonitrile/butadiene/styrene)

56 Ελαστικά και ιξώδη υλικά, πληροφορίες επιφανείας Aνώμαλες επιφάνειες Λείες επιφάνειες Εξασθενημένη ολική ανάκλαση Αttenuated Total Reflection, ATR Διάχυτη ανάκλαση Diffuse reflectance Κατοπτρική ανάκλαση Specular reflection ATR Διάχυτη ανάκλαση Τεχνικές ανάκλασης IR Solid samples Liquid samples

57 Incident light Prism :n 1 Sampl e :n 2 Reflected light Scattered light I( λ ) θ Dp Interface Incident light I 0 ( λ ) Τεχνική ATR sin (critical angle) > Sample refractivity (n2) Prism Refractivity (n1) sin45° = > n > n 2 Sample Prism Reflected light

58 1. Μήκος κύματος (µm) 2. Γωνία πρόσπτωσης ( η ) 3. Διαθλασιμότητα πρίσματος (n1) και δείγματος (n2) * dp = Βάθος διείσδυσης ακτινοβολίας στο δείγμα : dp = [sin 2 θ -(n 2 /n 1 ) ] -1/2 λ 2 π n 1 Αναλογικό του μ.κ. Αντιστρόφως ανάλογο του δ.δ. } } Βάθος διείσδυσης ακτινοβολίας στο δείγμα : Βάθος διείσδυσης ακτινοβολίας στο δείγμα

59 ΠΕΡΙΟΧΉ KRS-5 ZnSe Ge n1 n1 Περιοχή εφαρμογών n2n2 θ : προσπίπτουσα γωνία n 1 : δείκτης διάθλασης πρίσματος n 2 : δείκτης διάθλασης δείγματος (άνω όριο για πλήρη ανάκλαση) sin θ ≧ n2n1n2n1 έως 250 έως 625 έως Οργανικά υλικά Οργανικά υλικά και υδατικά δείγματα Ελαστικά με άνθρακα και πολύ λεπτές επιφάνειες θ = 45 °θ = 60 ° Πρίσματα ATR

60 Υπέρυθρη μικροσκοπία Συνδυασμός οπτικού μικροσκοπίου και IR για έλεγχο της μικροδομής

61 Εφαρμογές IR Δομή οργανικών και ορισμένων ανοργάνων ενώσεων (χρήση βιβλιοθηκών) Ελεγχος καθαρότητας ουσιών Οργανική ποσοτική ανάλυση στη χημική βιομηχανία Φορητά FT-IR για ανάλυση αερίων (θερμά, υγρά, διαβρωτικά ρεύματα) από ppm έως %) ΄Διασύνδεση με GC (GC-FTIR)

62 Τεχική Raman Παρόμοια τεχνική με το IR Βασίζεται στην σκέδαση μονοχρωματικής Vis ακτινοβολίας, μετατόπισης ενός μικρού μέρους της σε μεγαλύτερα μ. κ. παρατηρείται σε 90 ο ως προς την προσπίπτουσα Οι μετατοπίσεις αυτές (γραμμές Stokes) αν εκφρασθούν σε κυματαριθμούς, οι τιμές τους εκφράζουν διαφορές στις ενεργειακές στάθμες δόνησης και περιστροφής Ιδιες πληροφορίες με IR Εφαρμογή και σε υδατικά διαλύματα Yψηλό κόστος

63 Πρόβλημα α) Σε ποια αρχή βασίζεται η φασματομετρία υπερύθρου και πώς γίνεται η ταυτοποίηση οργανικών ενώσεων με την μέθοδο αυτή. Δώστε σχηματικά ένα φάσμα IR με τους αντίστοιχους άξονες του. β) Αναφέρετε τεχνικές χειρισμού των διαφόρων τύπων δειγμάτων και για ποιο λόγο πρέπει να χρησιμοποιούνται ειδικοί διαλύτες για την προετοιμασία των δειγμάτων. γ) Σε ποιο νόμο βασίζεται η ποσοτική ανάλυση με IR και γιατί δεν ενδείκνυται η συμβατική IR για ποσοτικές μετρήσεις μικρών συγκεντρώσεων οργανικών ενώσεων σε σύγκριση με την φασματομετρία UV-Vis. δ) Ποια είναι τα μειονεκτήματα της συμβατικής φασματομετρίας IR διασποράς έναντι της τεχνικής FT-IR (Fourier transform infrared spectrometry);

64 Πρόβλημα Σχεδιαστε το ΙR φάσμα δείγματος ασβεστίτη (CaCO3), που παρουσιάζει τις εξής απορροφήσεις στην υπέρυθρη περιοχή: 950 και 800cm-1 (μικρής έντασης αλλά στενές κορυφές), καθώς και μια ισχυρή αλλά πεπλατυσμένη στα 1500cm-1, που οφείλεται στην ύπαρξη ανθρακικών ιόντων. Περιγράψατε τον τρόπο παρασκευής του δείγματος, ούτως ώστε να μετρηθεί με το IR.


Κατέβασμα ppt "ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ INFRA RED SPECTROMETRY IR Αρχή Η απορρόφηση υπερύθρου ακτινοβολίας προκαλεί στα μόρια της ουσίας διεγέρσεις σε υψηλότερες στάθμες."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google